深入理解Runtime

一、OC对象

1.OC对象的分类

Objective-C中的对象，简称OC对象，主要可以分为3种

instance对象（实例对象）
class对象（类对象）
meta-class对象（元类对象）

每个类在内存中可以有多个class对象，但每个类有且只有一个class对象、meta-class对象。

每个类的三种对象之间通过isa指针相连。

instance的isa指向class，当调用对象方法时，通过instance的isa找到class，最后找到对象方法的实现进行调用。
class的isa指向meta-class，当调用类方法时，通过class的isa找到meta-class，最后找到类方法的实现进行调用。

Q：什么是isa指针？isa 的作用是什么？

isa指针指向了当前对象所属于的类。对于实例对象来说，通过isa指针可以找到它所属于的类，从而找到实例方法，遵守的协议，包含的属性和变量。

因为类的信息是固定的，所以存放在代码区。声明多个实例对象，它们只有成员变量值是不同的。多个实例对象的isa指针都指向类对象的内存空间。

2.isa指针、superClass指针总结

Q：isa指针指向哪？

（1）实例对象的isa指针指向类对象。
（2）类对象的isa指针指向元类对象。
（3）元类对象isa指针指向基类元类对象。（isa指针最终的指向）
（4）基类元类对象的isa指针指向自己。（isa指针最终的指向）

（基类元类对象的superClass指针指向基类的类对象，基类的类对象的superClass指针指向nil，这样就形成了一个闭环。）

Q：下面程序的输出结构

结果1 0 0 0

因为类对象调用这些方法的话，会判断其isa指针指向的元类对象是否属于xxx。
很明显右侧都不是元类对象。所以都是NO。

不过NSObject的元类对象的父类是NSObject的类对象，所以第一个为YES。

实例方法 / 类方法：（通过isa指针来查找判断）

- / + (BOOL)isMemberOfClass:(Class)aClass;  用于判断当前 （实例对象 / 类对象） 的isa指针是否指向 （该类 / 该元类）
- / + (BOOL)isKindOfClass:(Class)aClass;  用于判断当前 （实例对象 / 类对象） 的isa指针或其父类的isa指针是否指向（该类 / 该元类）

二、OC对象底层数据结构

1.实例对象的结构

OC中的类、对象都是基于C/C++的结构体实现的。
实例对象的结构除了isa指针，就是它的成员变量。
（通过isa指针可以找到它从属的类的信息）

2.objc_class的结构

class_ro_t里面的baseMethodList、baseProtocols、ivars、baseProperties是一维数组，是只读的，包含了类的初始内容。

class_rw_t里面的methods、properties、protocols是二维数组，是可读可写的，包含了类的初始内容、分类的内容、动态添加的内容。

3.objc_object的结构

struct objc_object {
    isa_t isa;
    
    Class ISA(); // 获得Class信息，相等于以前的isa指针。
}

struct objc_class : objc_object {
    // Class ISA; // objc_class的isa指针是继承自objc_object的。
}

objc_class继承自objc_object，表明类也是一个对象，也就是类对象；
类对象也是objc_class结构，也有isa指针，这个isa指针指向类对象所属的类，也就是元类对象。

类对象、元类对象都是objc_class结构，不过它们的用途不同。

4.isa的结构

（1）结构

isa_t是一个共用体，也就是说它所占的内存大小是其中内存最大的变量bits的内存大小。

其中含有的结构体是位域结构体。其实是对bits变量的说明。是为了增加可读性。

（2）详解

shiftcls：存储着Class、Meta-Class对象的内存地址信息；这就是以前的isa指针。

与对象引用计数相关的两个成员：

extra_rc：引用计数器
has_sidetable_rc：是否引用计数过大无法存储在isa中；如果为1，那么引用计数会存储在一个叫SideTable的类的属性中

二、消息机制 objc_msgSend

OC中的方法调用其实都是转换为objc_msgSend函数的调用：给消息接收者发送了一条消息。

objc_msgSend执行流程：

1.消息发送
2.动态方法解析
3.消息转发

1.消息发送

先去自己的类对象中的方法缓存查找，如果没有找到，再去方法列表找；
如果没找到，去类对象的父类的缓存和方法列表中查找；
以此类推，直到父类为nil。

2.动态解析方法

开发者可以实现以下方法，来动态添加方法实现

+resolveInstanceMethod:
+resolveClassMethod:

3.消息转发

消息转发就是把自己处理不了的消息，转发给别人。

3.1 备用接受者

重写- forwardingTargetForSelector:，直接把消息转发给其他对象。

3.2 完整的消息转发

重写- forwardInvocation:，把和这个消息有关的信息都封存到NSInvocation对象中转发给其他对象。

在使用- forwardInvocation:之前必须重写methodSignatureForSelector:方法，消息转发机制从这个方法中获取信息来创建NSInvocation对象。

这一阶段与上一阶段的区别就在于：

可以在methodSignatureForSelector中对消息签名做一些修改；
可以在- forwardInvocation:中拦截消息。

_objc_msgSend是用汇编、C、C++混编的，核心代码位于objc-runtime-new.mm文件中的lookUpImpOrForward函数，后面的消息转发没有开源，不过网上有大神根据汇编执行流程总结出来执行方案。